等精度頻率測(cè)量

1、 頻率、時(shí)間的應(yīng)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，頻率、時(shí)間的應(yīng)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，而在當(dāng)代高科技中顯得尤為重要。例如而在當(dāng)代高科技中顯得尤為重要。例如,郵電通訊，郵電通訊，大地測(cè)量，地震預(yù)報(bào)，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天大地測(cè)量，地震預(yù)報(bào)，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等都與頻率、時(shí)間密切相關(guān)，飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等都與頻率、時(shí)間密切相關(guān)，因此準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間和頻率是十分重要的。因此準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間和頻率是十分重要的。Tf1第第1章章 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 頻率測(cè)量的方法頻率測(cè)量的方法 （1） 諧振法：諧振法： 利用利用LC回路的諧振特性進(jìn)行測(cè)頻回路的諧振特性進(jìn)行測(cè)頻(如諧振如諧振式

2、波長(zhǎng)表可測(cè)無(wú)源式波長(zhǎng)表可測(cè)無(wú)源LC回路的固有諧振頻率）回路的固有諧振頻率）, 測(cè)頻范圍為測(cè)頻范圍為0.51500 MHz。 （2） 外差法：外差法： 改變標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，使它與被測(cè)信號(hào)混改變標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，使它與被測(cè)信號(hào)混合，取其差頻，當(dāng)差頻為零時(shí)讀取頻率。這種外差式頻率計(jì)可合，取其差頻，當(dāng)差頻為零時(shí)讀取頻率。這種外差式頻率計(jì)可測(cè)高達(dá)測(cè)高達(dá)3000 MHz的微弱信號(hào)的頻率，測(cè)頻精確度為的微弱信號(hào)的頻率，測(cè)頻精確度為10-6左右。左右。 （3） 示波法：示波法： 在示波器上根據(jù)李沙育圖形或信號(hào)波形在示波器上根據(jù)李沙育圖形或信號(hào)波形的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)頻。這種方法的測(cè)量頻率范圍從音頻到高頻的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)

3、頻。這種方法的測(cè)量頻率范圍從音頻到高頻信號(hào)皆可。信號(hào)皆可。 （4） 電子計(jì)數(shù)器法：電子計(jì)數(shù)器法： 直接計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)，然后以數(shù)字形式顯示頻率值。這種方法測(cè)量精確度的脈沖數(shù)，然后以數(shù)字形式顯示頻率值。這種方法測(cè)量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測(cè)頻的需要。高、快速，適合不同頻率、不同精確度測(cè)頻的需要。 1. 1 頻率測(cè)量頻率測(cè)量 數(shù)字頻率計(jì)是用于測(cè)量信號(hào)頻率的電路。測(cè)量信號(hào)的頻數(shù)字頻率計(jì)是用于測(cè)量信號(hào)頻率的電路。測(cè)量信號(hào)的頻率參數(shù)是最常用的測(cè)量方法之一。實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的方法比較率參數(shù)是最常用的測(cè)量方法之一。實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的方法比較多，多， 在此我們主

4、要介紹三種常用的方法：在此我們主要介紹三種常用的方法： 時(shí)間門(mén)限測(cè)量法、時(shí)間門(mén)限測(cè)量法、標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法、等精度測(cè)量法。標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法、等精度測(cè)量法。 1.1.1 時(shí)間門(mén)限測(cè)量法時(shí)間門(mén)限測(cè)量法 (1) 直接頻率測(cè)量直接頻率測(cè)量在一定的時(shí)間門(mén)限在一定的時(shí)間門(mén)限T內(nèi)，如果測(cè)得輸入信號(hào)的脈沖數(shù)為內(nèi)，如果測(cè)得輸入信號(hào)的脈沖數(shù)為N， 設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為fx，則該信號(hào)的頻率為，則該信號(hào)的頻率為 TNfx&T至計(jì)數(shù)器T計(jì)數(shù)(脈沖)信號(hào)門(mén)控信號(hào) 改變時(shí)間T，則可改變測(cè)量頻率范圍。例如，當(dāng)T=1s, 則fx=N(Hz)；T=1ms，則fx=N(kHz)。此方法的原理框圖如圖 所示

5、，時(shí)序波形圖如圖所示。 測(cè)頻原理框圖測(cè)頻原理框圖 測(cè)頻時(shí)序波形圖測(cè)頻時(shí)序波形圖 1） 量化誤差量化誤差計(jì)數(shù)脈沖閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間T脈沖數(shù)N9閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間T脈沖數(shù)N8如圖所示，雖然閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間都為如圖所示，雖然閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間都為T(mén)，但，但因?yàn)殚l門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻不一樣，計(jì)數(shù)值一個(gè)因?yàn)殚l門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻不一樣，計(jì)數(shù)值一個(gè)為為9，另一個(gè)卻為，另一個(gè)卻為8，兩個(gè)計(jì)數(shù)值相差，兩個(gè)計(jì)數(shù)值相差1。%1001%1001%100 xCNTfNNN量化誤差的相對(duì)誤差為量化誤差的相對(duì)誤差為:不管計(jì)數(shù)不管計(jì)數(shù)N是多少，是多少，N的最大值都為的最大值都為1。因此，為了減少最大計(jì)數(shù)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，因此，為了減少最大計(jì)數(shù)誤差對(duì)測(cè)量精度的影

6、響，儀器使用中采取的技術(shù)措施是：盡量使計(jì)數(shù)值儀器使用中采取的技術(shù)措施是：盡量使計(jì)數(shù)值N大。使大。使N N 誤差相應(yīng)減少。例如在測(cè)頻時(shí)，誤差相應(yīng)減少。例如在測(cè)頻時(shí)，應(yīng)盡量選用大的閘門(mén)時(shí)間；應(yīng)盡量選用大的閘門(mén)時(shí)間；2). 2). 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在測(cè)頻時(shí)取決于閘門(mén)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在測(cè)頻時(shí)取決于閘門(mén)時(shí)間的準(zhǔn)確度。由于閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)均由晶體振蕩器準(zhǔn)確度。由于閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)均由晶體振蕩器多次倍頻或分頻獲得，因此，通用計(jì)數(shù)器有關(guān)多次倍頻或分頻獲得，因此，通用計(jì)數(shù)器有關(guān)功能的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差就是指通用計(jì)數(shù)器內(nèi)（或功能的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差就是指通用計(jì)數(shù)器內(nèi)（或外部接入）的晶體振蕩器的準(zhǔn)確度外部接入

7、）的晶體振蕩器的準(zhǔn)確度f(wàn) f0 0/ /f f0 0。 00001fffTffNNffxgxx通過(guò)上述分析，可得頻率測(cè)量誤差表達(dá)式如下：通過(guò)上述分析，可得頻率測(cè)量誤差表達(dá)式如下：%1001%100NNNN當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用直接測(cè)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用直接測(cè)頻方法頻方法 由量化誤差引起的測(cè)頻誤差太大，由量化誤差引起的測(cè)頻誤差太大，為提高測(cè)低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，應(yīng)先測(cè)周期為提高測(cè)低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，應(yīng)先測(cè)周期Tx，然后計(jì)算，然后計(jì)算fx=1/Tx。 TX = N T0 / k 以上分析可見(jiàn)，頻率計(jì)測(cè)周期的基本原以上分析可見(jiàn)，頻率計(jì)測(cè)周期的基本原理正理正 好與測(cè)頻相反，即被測(cè)信號(hào)用來(lái)控制好與測(cè)

8、頻相反，即被測(cè)信號(hào)用來(lái)控制閘電路的開(kāi)閘電路的開(kāi) 通與關(guān)閉，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)作為通與關(guān)閉，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖。計(jì)數(shù)脈沖。 數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期的原理框圖如圖所示。被測(cè)數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期的原理框圖如圖所示。被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成方波，加到門(mén)控電路產(chǎn)信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成方波，加到門(mén)控電路產(chǎn) 生閘門(mén)信號(hào)，如生閘門(mén)信號(hào)，如Tx=10ms，則閘門(mén)打開(kāi)的時(shí)間，則閘門(mén)打開(kāi)的時(shí)間 也為也為10ms，在此期間內(nèi)，周期為，在此期間內(nèi)，周期為T(mén)s的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的標(biāo)準(zhǔn)脈沖 通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。若通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。若TS1uS，則計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù) 器計(jì)得的脈沖器計(jì)得的脈沖N=TX/TS=10000個(gè)。若以毫秒個(gè)。若以

9、毫秒 (ms)為單位，則顯示器上的讀數(shù)為為單位，則顯示器上的讀數(shù)為10.000。測(cè)周誤差測(cè)周誤差包括測(cè)周量化誤差和觸發(fā)誤差。1) 測(cè)周量化誤差。測(cè)周量化誤差為%1001%1001%100 xCxTfNNNTT2). 2). 觸發(fā)誤差觸發(fā)誤差當(dāng)進(jìn)行周期等功能的測(cè)量時(shí)，門(mén)控雙穩(wěn)的門(mén)控信號(hào)由通過(guò)當(dāng)進(jìn)行周期等功能的測(cè)量時(shí)，門(mén)控雙穩(wěn)的門(mén)控信號(hào)由通過(guò)B B通道的被測(cè)信號(hào)所控制。當(dāng)無(wú)噪聲干擾時(shí)，主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間剛通道的被測(cè)信號(hào)所控制。當(dāng)無(wú)噪聲干擾時(shí)，主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間剛好等于一個(gè)被測(cè)信號(hào)的周期好等于一個(gè)被測(cè)信號(hào)的周期T Tx x。如果被測(cè)信號(hào)受到干擾，當(dāng)信。如果被測(cè)信號(hào)受到干擾，當(dāng)信號(hào)通過(guò)號(hào)通過(guò)B B通道時(shí)，將會(huì)使整

10、形電路（施密特觸發(fā)器）出現(xiàn)超前通道時(shí)，將會(huì)使整形電路（施密特觸發(fā)器）出現(xiàn)超前或滯后觸發(fā)，致使整形后波形的周期與實(shí)際被測(cè)信號(hào)的周期發(fā)或滯后觸發(fā)，致使整形后波形的周期與實(shí)際被測(cè)信號(hào)的周期發(fā)生偏離生偏離T Tx x，引起所謂的觸發(fā)誤差（或轉(zhuǎn)換誤差）。，引起所謂的觸發(fā)誤差（或轉(zhuǎn)換誤差）。 經(jīng)推導(dǎo)，經(jīng)推導(dǎo)， 觸發(fā)誤差觸發(fā)誤差Tx/Tx的大小為的大小為 mnxx21UUTT周期測(cè)量誤差表達(dá)式如下周期測(cè)量誤差表達(dá)式如下1011021031041051061071081 Hz1 kHz1 MHz100 MHz被測(cè)頻率 fx測(cè)頻量化誤差測(cè)周量化誤差閘門(mén) T0.1 s1 s10 s10 ns0.1 s時(shí)標(biāo)1 ns

11、NN(3)中界頻率中界頻率測(cè)頻誤差及測(cè)周測(cè)頻誤差及測(cè)周誤差與被測(cè)信號(hào)頻率誤差與被測(cè)信號(hào)頻率的關(guān)系如圖示，圖中的關(guān)系如圖示，圖中測(cè)頻和測(cè)周兩條誤差測(cè)頻和測(cè)周兩條誤差曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)中界頻率率稱(chēng)中界頻率f fxmxm。 但是，還存在兩個(gè)問(wèn)題：但是，還存在兩個(gè)問(wèn)題：、該方法不能直接讀出被測(cè)信號(hào)的頻率值或周期值；、該方法不能直接讀出被測(cè)信號(hào)的頻率值或周期值；、在中界頻率附近，仍不能達(dá)到較高的測(cè)量精度。、在中界頻率附近，仍不能達(dá)到較高的測(cè)量精度。若采用多周期同步測(cè)量方法，便可解決上述問(wèn)題。若采用多周期同步測(cè)量方法，便可解決上述問(wèn)題。 很顯然，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率很顯然，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率f

12、xfxm時(shí)，宜采用測(cè)頻的方法，時(shí)，宜采用測(cè)頻的方法，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率fxfxm時(shí)，時(shí)，宜采用測(cè)周的方法。宜采用測(cè)周的方法。 1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法 用兩組計(jì)數(shù)器在相同的時(shí)間門(mén)限內(nèi)同時(shí)計(jì)數(shù)，測(cè)用兩組計(jì)數(shù)器在相同的時(shí)間門(mén)限內(nèi)同時(shí)計(jì)數(shù)，測(cè)得待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)為得待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)為N1、已知的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的、已知的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)為脈沖個(gè)數(shù)為N2，設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為，設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為fx, 已知的標(biāo)準(zhǔn)已知的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的頻率為頻率信號(hào)的頻率為f0；由于測(cè)量時(shí)間相同，則可得到；由于測(cè)量時(shí)間相同，則可得到如下等式：如下等式： 021fNfNx從上式可得出

13、待測(cè)信號(hào)的頻率公式為從上式可得出待測(cè)信號(hào)的頻率公式為 021fNNfx 標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法對(duì)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間門(mén)限的精度標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法對(duì)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間門(mén)限的精度要求不高，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度和頻率的穩(wěn)定度要求不高，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度和頻率的穩(wěn)定度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率越高，測(cè)量的精度就比較高。要求較高，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率越高，測(cè)量的精度就比較高。該方法的測(cè)量時(shí)間誤差與時(shí)間門(mén)限測(cè)量法的相同，可能的該方法的測(cè)量時(shí)間誤差與時(shí)間門(mén)限測(cè)量法的相同，可能的最大誤差為正負(fù)一個(gè)待測(cè)信號(hào)周期，即最大誤差為正負(fù)一個(gè)待測(cè)信號(hào)周期，即t=1/fx。測(cè)量時(shí)。測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的誤差時(shí)序波形如圖可能產(chǎn)生的誤差

14、時(shí)序波形如圖 所示。所示。 一般測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的誤差時(shí)序波形圖一般測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的誤差時(shí)序波形圖 等精度測(cè)量法的機(jī)理是在標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法的基礎(chǔ)上改等精度測(cè)量法的機(jī)理是在標(biāo)準(zhǔn)頻率比較測(cè)量法的基礎(chǔ)上改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)開(kāi)始和結(jié)束與閘門(mén)門(mén)限的上升沿和下降沿的嚴(yán)變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)開(kāi)始和結(jié)束與閘門(mén)門(mén)限的上升沿和下降沿的嚴(yán)格關(guān)系。當(dāng)閘門(mén)門(mén)限的上升沿到來(lái)時(shí)，如果待測(cè)量信號(hào)的上升格關(guān)系。當(dāng)閘門(mén)門(mén)限的上升沿到來(lái)時(shí)，如果待測(cè)量信號(hào)的上升沿未到時(shí)兩組計(jì)數(shù)器也不計(jì)數(shù)，只有在待測(cè)量信號(hào)的上升沿到沿未到時(shí)兩組計(jì)數(shù)器也不計(jì)數(shù)，只有在待測(cè)量信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，兩組計(jì)數(shù)器才開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)閘門(mén)門(mén)限的下降沿到來(lái)時(shí)，來(lái)時(shí)，兩組計(jì)數(shù)器才開(kāi)始計(jì)

15、數(shù)；當(dāng)閘門(mén)門(mén)限的下降沿到來(lái)時(shí)，如果待測(cè)量信號(hào)的一個(gè)周期未結(jié)束時(shí)兩組計(jì)數(shù)器也不停止計(jì)數(shù)，如果待測(cè)量信號(hào)的一個(gè)周期未結(jié)束時(shí)兩組計(jì)數(shù)器也不停止計(jì)數(shù)，只有在待測(cè)量信號(hào)的一個(gè)周期結(jié)束時(shí)兩組計(jì)數(shù)器才停止計(jì)數(shù)。只有在待測(cè)量信號(hào)的一個(gè)周期結(jié)束時(shí)兩組計(jì)數(shù)器才停止計(jì)數(shù)。這樣就克服了待測(cè)量信號(hào)的這樣就克服了待測(cè)量信號(hào)的脈沖周期不完整脈沖周期不完整的問(wèn)題，其誤差只的問(wèn)題，其誤差只由標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)產(chǎn)生，由標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)產(chǎn)生， 與待測(cè)量信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。最大誤差為與待測(cè)量信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。最大誤差為正負(fù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率周期，即正負(fù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率周期，即t=1/f0。由于一般標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率。由于一般標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率都在幾十兆赫茲以上，因此誤差

16、小于都在幾十兆赫茲以上，因此誤差小于 10-6。 1.1.3 等精度測(cè)頻法等精度測(cè)頻法等精度測(cè)量法的時(shí)序波形圖等精度測(cè)量法的時(shí)序波形圖 預(yù)置閘門(mén)時(shí)間產(chǎn)生電路產(chǎn)生預(yù)置的閘門(mén)時(shí)間預(yù)置閘門(mén)時(shí)間產(chǎn)生電路產(chǎn)生預(yù)置的閘門(mén)時(shí)間TP，TP經(jīng)同經(jīng)同步電路產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)（步電路產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)（fx）同步的實(shí)際閘門(mén)時(shí)間）同步的實(shí)際閘門(mén)時(shí)間T。主門(mén)主門(mén)與主門(mén)與主門(mén)在時(shí)間在時(shí)間T內(nèi)被同時(shí)打開(kāi)，于是計(jì)數(shù)器內(nèi)被同時(shí)打開(kāi)，于是計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器便分別對(duì)被測(cè)信號(hào)便分別對(duì)被測(cè)信號(hào) （fx）和時(shí)鐘信號(hào)（）和時(shí)鐘信號(hào)（f0）的周）的周期數(shù)進(jìn)行累計(jì)。期數(shù)進(jìn)行累計(jì)。在在T內(nèi)，計(jì)數(shù)器內(nèi)，計(jì)數(shù)器的累計(jì)數(shù)的累計(jì)數(shù)NAfxT；計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器

17、的累計(jì)數(shù)的累計(jì)數(shù)NBf0T。再由運(yùn)算部件計(jì)算得出即為被測(cè)頻率。再由運(yùn)算部件計(jì)算得出即為被測(cè)頻率。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器記錄了被測(cè)信號(hào)的周期數(shù)，所以通常稱(chēng)事件計(jì)數(shù)器。由于閘門(mén)的記錄了被測(cè)信號(hào)的周期數(shù)，所以通常稱(chēng)事件計(jì)數(shù)器。由于閘門(mén)的開(kāi)和關(guān)與被測(cè)信號(hào)同步，因而實(shí)際的閘門(mén)時(shí)間開(kāi)和關(guān)與被測(cè)信號(hào)同步，因而實(shí)際的閘門(mén)時(shí)間T已不等于預(yù)置的閘門(mén)時(shí)間已不等于預(yù)置的閘門(mén)時(shí)間TP，且，且大小也不是固定的，為此設(shè)置了計(jì)數(shù)器大小也不是固定的，為此設(shè)置了計(jì)數(shù)器，用以在，用以在T內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)確定實(shí)際開(kāi)門(mén)的閘門(mén)時(shí)間來(lái)確定實(shí)際開(kāi)門(mén)的閘門(mén)時(shí)間T的大小，所以計(jì)數(shù)器的大小，所以計(jì)數(shù)器通常稱(chēng)為時(shí)間計(jì)數(shù)器。通

18、常稱(chēng)為時(shí)間計(jì)數(shù)器。 由圖（b）所示的工作波形圖中可以看出，由于D觸發(fā)器的同步作用，計(jì)數(shù)器所記錄的NA值已不存在1誤差的影響。 由于時(shí)鐘信號(hào)與閘門(mén)的開(kāi)和關(guān)無(wú)確定的相位關(guān)系，計(jì)數(shù)器所記錄的NB的值仍存在1誤差的影響，但是，由于時(shí)鐘頻率f0很高，1誤差的影響很小，且在全頻段的測(cè)量精度是均衡的, 測(cè)量精度已與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。 等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)例等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)例 該等精度頻率計(jì)主要由五部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分、該等精度頻率計(jì)主要由五部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分、通道部分、同步電路部分、計(jì)數(shù)器部分、鍵盤(pán)與顯示部分。通道部分、同步電路部分、計(jì)數(shù)器部分、鍵盤(pán)與顯示部分。 一、一、 等精度頻率計(jì)的組成

19、等精度頻率計(jì)的組成 任務(wù)： 通過(guò)P1口與P3口進(jìn)行整機(jī)測(cè)量過(guò)程的控制、故障的自動(dòng)檢測(cè)以及測(cè)量結(jié)果的處理與顯示等。 P1.0作預(yù)置閘門(mén)時(shí)間控制線；P1.1作同步門(mén)控制電路的復(fù)位信號(hào)線；18031單片機(jī)及其接口部分單片機(jī)及其接口部分P1.2作查詢(xún)實(shí)際閘門(mén)時(shí)間的狀態(tài)線；P1.3作計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)線；P1.4P1.7用做控制儀器鍵盤(pán)燈；P3.0，P3.1作為通道部分的控制線。8031單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器作兩個(gè)主計(jì)數(shù)器的一部分，并通過(guò)T0，T1分別與外部的事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端相接。外部的事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的測(cè)量結(jié)果分別通過(guò)擴(kuò)展輸入口與P口相連。8155作為8031的擴(kuò)展I0口，用

20、來(lái)與鍵盤(pán)和顯示電路接口，其內(nèi)部的14位計(jì)數(shù)器被用來(lái)作為本機(jī)預(yù)置閘門(mén)時(shí)間的定時(shí)器，定時(shí)器的輸入信號(hào)取自8031的ALE端，定時(shí)器的輸出與8031的INT 1 端相接，作為中斷申請(qǐng)信號(hào)。 主要由放大、整形和一個(gè)十分頻的預(yù)分頻電路組成。本機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)頻范圍為20Hz100MHz，當(dāng)被測(cè)頻率大于10MHz時(shí)，需先經(jīng)預(yù)分頻電路分頻后再送入計(jì)數(shù)器電路。 2通道部分通道部分由主門(mén)、及同步控制電路組成。主門(mén)控制被測(cè)信號(hào)fx的通過(guò)，主門(mén)控制時(shí)鐘信號(hào)fO的通過(guò)，兩門(mén)的啟閉都由同步控制電路控制。 3同步電路同步電路 計(jì)數(shù)器包括事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器兩組完全相同的計(jì)數(shù)電路，分別由前后兩級(jí)組成。前級(jí)電路由高速的TTL計(jì)數(shù)器

21、74LS393構(gòu)成八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路如圖7-26示，計(jì)數(shù)前由P1.3發(fā)計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，計(jì)數(shù)后通過(guò)4LS244緩沖器將測(cè)量結(jié)果讀入內(nèi)存；后級(jí)由8031單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)定數(shù)器構(gòu)成。4計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器電路 鍵盤(pán)與顯示部分的電路如圖所示，這是一個(gè)較為典型的采用8155并行口組成的鍵盤(pán)顯示電路。七位LED顯示采用了動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼工作方式。段碼由8155的PB口提供，位選碼由PA口提供。鍵盤(pán)共設(shè)置了4個(gè)按鍵，采用逐列掃描查詢(xún)工作方式，其列輸出由PA口提供，列輸入由PC口提供。由于鍵盤(pán)與顯示做成一個(gè)接口電路，因此軟件中合并考慮鍵盤(pán)查詢(xún)與動(dòng)態(tài)顯示。為了使顯示器的動(dòng)態(tài)掃描不出現(xiàn)斷續(xù)，鍵盤(pán)防抖的延時(shí)子程

22、序用顯示子程序替代。5鍵盤(pán)與顯示部分鍵盤(pán)與顯示部分1測(cè)量準(zhǔn)備測(cè)量準(zhǔn)備P1.3發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器清零；同時(shí)P1.1也發(fā)復(fù)位信號(hào)，使同步D觸發(fā)器的Q 端為低電平，則主門(mén)和主門(mén)關(guān)閉。這時(shí)P1.0的初狀態(tài)為“1”，使D觸發(fā)器的D端為高電平。同步門(mén)可靠關(guān)閉。2測(cè)量開(kāi)始測(cè)量開(kāi)始P1.0從高電平跳到低電平，使D觸發(fā)器的D端為“0”，這時(shí)被測(cè)信號(hào)一旦到達(dá)CK端，觸發(fā)器Q立即由“0”“1”，同步門(mén)被打開(kāi)，被測(cè)信號(hào)和時(shí)間信號(hào)分別進(jìn)入相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。的P1.0從高電平跳到低電平的同時(shí)，也啟動(dòng)了計(jì)時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)量閘門(mén)時(shí)間。3測(cè)量結(jié)束測(cè)量結(jié)束 當(dāng)預(yù)定的測(cè)量時(shí)間(1s或0.1s)結(jié)束時(shí)，INT1 端便測(cè)到時(shí)間信號(hào)

23、，此時(shí)令P1.0從低電平恢復(fù)到高電平，隨后緊跟而來(lái)的被測(cè)信號(hào)再次觸發(fā)D觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)，Q 端由高電平轉(zhuǎn)為低電平，使同步門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理當(dāng)查詢(xún)到P1.2的狀態(tài)為低電平時(shí)，單片機(jī)就進(jìn)行讀數(shù)、運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等工作，并將結(jié)果輸出顯示。然后又重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行下一次測(cè)量。 二、二、 等精度頻率計(jì)的測(cè)量過(guò)程等精度頻率計(jì)的測(cè)量過(guò)程三、等精度頻率計(jì)軟件系統(tǒng)三、等精度頻率計(jì)軟件系統(tǒng)測(cè)量原理參測(cè)量原理參見(jiàn)見(jiàn)7.1.2節(jié)的分析節(jié)的分析 預(yù)置信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的同步是由預(yù)置信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的同步是由D D觸發(fā)器完成的。被觸發(fā)器完成的。被測(cè)信號(hào)從測(cè)信號(hào)從D D觸發(fā)器的觸發(fā)器的CPCP脈沖端輸入，預(yù)置

24、信號(hào)由單片脈沖端輸入，預(yù)置信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，從機(jī)產(chǎn)生，從D D觸發(fā)器觸發(fā)器D D端輸入。端輸入。 在在D D觸發(fā)器的輸出觸發(fā)器的輸出Q Q便得到與輸入信號(hào)同步的閘門(mén)信便得到與輸入信號(hào)同步的閘門(mén)信號(hào)，閘門(mén)信號(hào)再輸入單片機(jī)號(hào)，閘門(mén)信號(hào)再輸入單片機(jī)INT0INT0和和INT1INT1端，用于控端，用于控制單片機(jī)的計(jì)數(shù)制單片機(jī)的計(jì)數(shù)T0T0、T1T1的計(jì)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信的計(jì)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)分別輸入計(jì)數(shù)器號(hào)分別輸入計(jì)數(shù)器T0T0和和T1T1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。雙計(jì)數(shù)器多周期同步法頻率測(cè)量的單片機(jī)實(shí)雙計(jì)數(shù)器多周期同步法頻率測(cè)量的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖2.1.2 時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量時(shí)間間隔的測(cè)量方案和周期測(cè)量的基本相同，所不同的僅是此處的門(mén)控電路不再采用計(jì)數(shù)觸發(fā)方式，而是要求根據(jù)測(cè)量時(shí)間間隔，給出起始計(jì)數(shù)和終止計(jì)數(shù)兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)。 若時(shí)間間隔即門(mén)控信號(hào)的寬度(閘門(mén)時(shí)間)為tx，選用時(shí)標(biāo)周期為T(mén)c(圖中Tc=1s，10s，1